Zabezpieczanie diod LED przed narażeniami środowiskowymi

Zastosowania na zewnątrz pomieszczeń wymagają starannego zabezpieczenia opraw i emiterów przed środowiskiem zewnętrznym i jego wpływem na LED-y. Wymaga się, by zalewy używane do zabezpieczania diod były odporne na zmiany temperatury, chroniły przed wilgocią, agresywnymi oparami i chemikaliami. Przy czym jednocześnie powinny być transparentne i co jest najważniejsze przy oświetleniu kolorowym, nie zmieniały temperatury barwowej generowanego światła. Podobnych właściwości oczekuje się od zalew używanych do zabezpieczania ogniw fotowoltaicznych.

Dobór żywicy

Najpopularniejszymi materiałami wykorzystywanymi do zabezpieczania diod LED, elektroniki czy ogniw są żywice dwuskładnikowe. Pozwalają one uzyskać optymalne parametry utwardzania (czas) przy zachowaniu wysokich parametrów, takich jak: odporność na ścieranie, uszkodzenia mechaniczne, wilgoć, promieniowanie UV itp. Istotny jest też mały skurcz żywicy podczas utwardzania, który może powodować wewnętrzne naprężenia, mogące prowadzić do uszkodzenia diod czy delaminacji żywicy.

W zależności od zastosowania żywice mogą być twarde, miękkie lub o konsystencji żelu. Odpowiednie dobranie tego materiału pozwala uzyskać stopień ochrony nawet IP67. Warto wiedzieć, że niektóre żywice mają zdolność odnowy swojej struktury dzięki efektowi samoregeneracji w odniesieniu do rys i pęknięć, które powstają od obciążenia mechanicznego.

Ze względu na typ materiału bazowego najpopularniejsze są żywice poliuretanowe dwuskładnikowe. Zapewniają one dobre właściwości mechaniczne oraz ochronę przed wilgocią i warunkami pogodowymi. Poliuretanowe masy zalewowe do zastosowań na diodach LED są kryształowo przezroczyste (albo nieprzezroczyste, o ile jest taka potrzeba) i są stabilne w temperaturach do 130°C.

Dwuskładnikowa zalewa silikonowa również znakomicie sprawuje się do zastosowań w oświetleniu ledowym, a jej właściwości mechaniczne zdecydowanie przewyższają masę poliuretanową. Ma bardzo wysoką odporność na rozdarcie i wytrzymałość na zginanie, i z tego względu chroni przed wilgocią oraz pogodą nawet w najbardziej wymagających środowiskach, będąc niewrażliwą na czynniki zewnętrzne. Masy te oczywiście są przezroczyste jak kryształ (albo nieprzezroczyste w razie potrzeby) i nie żółkną. Jeśli chodzi o silikon, on również jest stabilny w wysokich temperaturach (do 180°C). Wadą silikonu jest jego wyższa cena w porównaniu do poliuretanu.

Co jest ważne przy wyborze maszyny?

Przezroczyste żywice zalewowe są dozowane za pomocą maszyn dozująco-mieszających dla materiałów 2-składnikowych. Z uwagi na wykorzystanie ich do zalewania diod LED ważne jest, aby przygotowana zalewa była pozbawiona bąbelków powietrza, które wpływają oczywiście na estetykę oraz jakość światła generowanego przez lampę.

Dlatego też istotne jest właściwe przygotowanie żywicy przed zmieszaniem obu składników i zalaniem lampy. W pozbyciu się bąbelków pomagają dodatkowe opcje maszyny, takie jak: odgazowywanie w zbiornikach zasilających, bezciśnieniowy transport żywicy lub odgazowanie cienkowarstwowe w próżni. Jak widać, maszyny dozujące żywice przezroczyste są zazwyczaj bardziej rozbudowane niż w przypadku zalewania materiałami nieprzezroczystymi, gdzie bąbelki nie są widoczne.

Tak przygotowana żywica gwarantuje uzyskanie krystalicznie przejrzystej zalewy, przy spełnieniu jednego warunku: konstrukcja obudowy lampy bądź samej płytki (listwy) z diodami LED nie może powodować uwięzienia powietrza w zakamarkach obudowy lub pod komponentami elektronicznymi. Powietrze próbowałoby się wydostać podczas zalewania i mogłoby zostać uwięzione w żywicy, czego skutkiem byłoby powstanie bąbelków.

W takiej sytuacji najlepszym rozwiązaniem jest odpowietrzenie detalu w komorze próżniowej już po zalaniu materiałem, jednak ta metoda najlepiej sprawdzi się dla żywic o długim czasie życia. Ponadto jest to proces kosztowny i czasochłonny, szczególnie dla lamp o dużych rozmiarach. Istnieje także możliwość wykonania procesu zalewania detali w komorze próżniowej. Zaletą takiego rozwiązania jest możliwość zastosowania go dla żywic o krótkim czasie życia (a więc czasem do związania materiału).

Konstrukcja obudowy

Kolejną bardzo istotną kwestią podczas zabezpieczania diod LED jest odpowiednio zaprojektowany detal. W wielu przypadkach obudowy, w których zalewane są diody LED, mają płaskie przestrzenie pod płytką. W takiej sytuacji należy pamiętać o tym, aby konstrukcja obudowy lub płytki umożliwiała wydostanie znajdującego się tam powietrza.

Najlepiej byłoby, gdyby istniała możliwość doprowadzenia końcówki miksera pod płytkę i napełnianie od spodu obudowy żywicą. Jeśli jednak nie jest to możliwie, konieczne jest, by w płytce lub pomiędzy płytką a obudową znajdowały się otwory, przez które powietrze może się swobodnie wydostać.

Jak widać, proces zalewania diod LED nie jest prostą sprawą, szczególnie w przypadku zalew przezroczystych. Istotne w tym procesie są trzy elementy: żywica, maszyna zalewająca i przemyślana konstrukcja detalu. Użycie dobrej żywicy przy maszynie, która nie przygotuje jej we właściwy sposób, nie gwarantuje sukcesu.

Podobnie ma się sprawa w przypadku użycia maszyny high-end i doskonałej żywicy przy źle zaprojektowanej obudowie. Nie uzyska się wówczas zalewy bez bąbelków. Właściwe zaprojektowanie lampy uwzględniające proces zalewania już na samym początku gwarantuje najmniej frustracji przy wdrażaniu produkcji i większą stabilność procesu produkcyjnego.

Wyprodukowanie dobrej lampy LED mającej pracować w trudnych warunkach możliwe jest tylko w przypadku odpowiedniego dobrania i zaprojektowania trzech elementów: obudowy lampy, żywicy i maszyny dozującej.

Grzegorz Szypulski
AMB Technic
www.amb.pl